C++ 位压缩结构

我目前正在从事这个项目，我需要在vector中存储相当多的结构（几十亿个单位）。我还需要以线性方式对向量进行迭代，所以我需要通过的数据越少越好

因此我自然开始优化单体结构的尺寸。例如，如果我有多个bool值，我可以将真/假值存储在一个位中，并将所有bool值压缩到一个char/16位中，只要大小足够。对于某些条目，我只需要20位无符号整数。因此，我可以再次压缩这些值

然后我得到了类似的结果（请注意，这只是一个简化的示例）：

class-Foo{
私人：
uint32分钟；
uint32_t m_梳；
公众：
Foo（uint32、uint32、uint16、bool是蓝色的、bool是漂亮的）
：m_time（t），m_comb（（大您可以使用非常轻松地实现这一点）

class Foo {
private:
    uint32_t m_time;
    uint32_t m_big : 20;
    uint32_t m_small : 10;
    uint32_t m_isblue : 1;
    uint32_t m_isnice : 1;
public:
    Foo(uint32_t t, uint32_t big, uint16_t small, bool is_blue, bool is_nice)
        : m_time(t), m_big(big), m_small(small), m_isblue(is_blue), m_isnice(is_nice)
    { }

    uint32_t get_time()  const { return m_time; }
    uint32_t get_big()   const { return m_big; }
    uint16_t get_small() const { return m_small; }
    uint16_t is_blue()   const { return m_isblue; }
    uint16_t is_nice()   const { return m_isnice; }
};

显示大小

编辑：其他信息

为了总结注释，编译器将位字段打包在一起的方式取决于实现：

9.6/1（…）类对象内的位字段分配由实现定义。位字段对齐由
实现已定义。位字段打包到一些可寻址
分配单元。[注：在某些情况下，位字段跨越分配单元
机器上，而不是其他机器上。位字段在上从右向左分配
一些机器，从左到右在其他机器上。-结束注释]

因此，您无法保证，但编译器通常会尽力将它们放在一起。根据经验，只要您的位字段是连续的，并且它们的总位小于您正在使用的基类型，那么打包就很有可能是最佳的。如果需要，您可以微调基类型，如图所示。
因为位field是
实现定义的
我决定编写位读/写函数。当您想在磁盘上存储数据（缓存或其他东西）时，它会很方便

这里是源代码模拟

您可以将这些函数转换为
#定义
，并在调试模式下添加范围检查。
对于其中的一些，您可以使用，也许对于其他位。人们有时也会使用
枚举
与两个枚举一起计算。我建议探索它们，看看剩下的内容是否值得深入模板。哇“我还需要以线性方式迭代向量，所以我需要遍历的数据越少越好。”还将重构的代码<>代码>数组> <代码>结构> <代码>，这样说：对于每一个字段，使用它自己的容器，并相应地优化容器。这有助于优化数据缓存的使用，如果您需要在该字段中扫描该数组以获得特定的值。这也允许使用<代码> FFS。()
要在一位字段数组中搜索。@在这种情况下，Dummy00001、20和10位整数需要自定义数组专门化。@bipll，是的，它们需要。这是一个优势-如果您需要将数据结构扩展到数以百万计的项。您不仅可以计算每一位，还可以推测地使用稀疏结构，以避免大量的零浪费内存。另外，这允许使用另一个技巧：将数据表示从
index->value
转换为
value->set of index
。需要做更多的工作，但是如果内存消耗/访问是优先考虑的，那么这是值得的。很好。我可以假设，这通常会存储位，而不存储任何数据吗例如，我将定义8x<代码> uTn3xt某个名称：20 < /代码>，这只占用20字节吗？@ jordas。不幸的是，没有。字段将填充<代码> UTIT32×T ，但是当添加不止一个元素时，它会启动一个新的元素。换句话说，一个位字段不能在两个代码> UITT32×T< < /C>元素之间延伸。nts。这是不幸的。但很容易理解。不过，如果有这样的解决方案就好了。@Jendas标准状态为“*类对象中的位字段分配是实现定义的*”。因此您没有正式的保证，但通常编译器会按预期打包它们（如Lindydancer所述，对未使用的位进行填充）。所有这些功能都是为了在内存不足的情况下优化内存使用而设计的。请注意：类对象中位字段的实际分配详细信息都是
实现定义的
。因此，您不必为其他程序存储它。
class Foo {
private:
    uint32_t m_time;
    uint32_t m_big : 20;
    uint32_t m_small : 10;
    uint32_t m_isblue : 1;
    uint32_t m_isnice : 1;
public:
    Foo(uint32_t t, uint32_t big, uint16_t small, bool is_blue, bool is_nice)
        : m_time(t), m_big(big), m_small(small), m_isblue(is_blue), m_isnice(is_nice)
    { }

    uint32_t get_time()  const { return m_time; }
    uint32_t get_big()   const { return m_big; }
    uint16_t get_small() const { return m_small; }
    uint16_t is_blue()   const { return m_isblue; }
    uint16_t is_nice()   const { return m_isnice; }
};

#include <iostream>

bool GetBit(uint32_t num, uint8_t pos)
{
    //check pos < sizeof(num)*8
    return (num >> pos) & 0x1;
}

uint8_t GetByte(uint32_t num, uint8_t pos)
{
    //check pos < sizeof(num)*8
    return (num >> pos) & 0xFF;    
}

uint16_t GetShort(uint32_t num, uint8_t pos)
{
    //check pos < sizeof(num)*8
    return (num >> pos) & 0xFFFF;    
}

uint32_t SetBit(bool val, uint32_t &dest, uint8_t pos)
{
    dest ^= (-val ^ dest) & (1 << pos);
    return dest;
}

uint32_t SetByte(uint8_t val, uint32_t &dest, uint8_t pos)
{
    dest &= ~(0xFF<<pos); //clean
    dest |= val<<pos; //set
    return dest;
}

uint32_t SetShort(uint16_t val, uint32_t &dest, uint8_t pos)
{
    dest &= ~(0xFFFF<<pos); //clean
    dest |= val<<pos; //set
    return dest;
}

void PrintBin(uint32_t s, const char* pszComment)
{
    std::cout << pszComment << ": " << std::endl;
    for (size_t n = 0; n < sizeof(s) * 8; n++)
        std::cout << GetBit(s, n) << ' ';
    std::cout << std::endl;
}

int main()
{
    uint32_t s = 4294967295; //all bits
    PrintBin(s, "Start");

    SetBit(false, s, 2); 
    PrintBin(s, "Set bit 2 to FALSE");

    SetByte(0, s, 22);
    PrintBin(s, "Set byte 22 to val 0");

    SetByte(30, s, 22);
    PrintBin(s, "Set byte 22 to val 30");

    SetShort(0, s, 4);
    PrintBin(s, "Set short 4 to val 0");

    SetShort(65000, s, 4);
    PrintBin(s, "Set short 4 to val 65000");

    std::cout << "byte at 22 = " << (int)GetByte(s, 22) << std::endl;
    std::cout << "short at 4 = " << (int)GetShort(s, 4) << std::endl;    
}

Start: 
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 
Set bit 2 to FALSE: 
1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 
Set byte 22 to val 0: 
1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 
Set byte 22 to val 30: 
1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 0 0 1 1 
Set short 4 to val 0: 
1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 0 0 1 1 
Set short 4 to val 65000: 
1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 0 0 1 1 
byte at 22 = 30
short at 4 = 65000